Физика · конспекты
★0
Физика › 8 класс › Тепловые явления

Тема 1Основные положения МКТ

★★★
Термины темы — найди их в тексте:ДиффузияАтомМолекуламолекулярно-кинетическая теорияМКТТепловое движениеБроуновское движение

Почему тело при нагревании расширяется, а запах разносится по комнате? Ответ даёт молекулярно-кинетическая теория (МКТ): свойства тел объясняются движением и взаимодействием частиц, из которых тела состоят. Частицы — это атомы, молекулы, ионы.

Основные положения МКТ
  1. Все вещества состоят из частиц, между которыми есть промежутки.
  2. Частицы непрерывно и беспорядочно (хаотически) движутся.
  3. Частицы взаимодействуют друг с другом: притягиваются и отталкиваются.
Образ для запоминания

Представь класс на перемене. Ученики — это частицы, проходы между партами — промежутки. Все носятся туда-сюда — движение. То берутся за руки, то толкаются — притяжение и отталкивание. Три слова-ключа: состоят — движутся — взаимодействуют.

Чем это доказано

Атомы настолько малы, что в обычный (оптический) микроскоп их не увидеть. Поэтому доказательства долго были косвенными — через явления, которые без частиц не объяснить.

ЯвлениеЧто наблюдаемПодтверждает положение
Тепловое расширениепри нагревании тело увеличивается1 и 2
Диффузиявещества сами перемешиваются1 и 2
Броуновское движениемелкие крупинки в жидкости беспорядочно мечутся2
Упругостьрастянутое или сжатое тело стремится вернуть форму3
Электронный микроскопизображения отдельных атомов1
Тепловое расширение: нагретый шар не проходит в кольцо. Упругость: сжатая пружина распрямляетсяТепловое расширение: нагретый шар не проходит в кольцо. Упругость: сжатая пружина распрямляется
Тепловое расширение: нагретый шар не проходит в кольцо. Упругость: сжатая пружина распрямляется Иллюстрация: light-fizika.ru
Броуновская частица под ударами молекул. Электронный микроскоп позволяет увидеть отдельные атомыБроуновская частица под ударами молекул. Электронный микроскоп позволяет увидеть отдельные атомы
Броуновская частица под ударами молекул. Электронный микроскоп позволяет увидеть отдельные атомы Иллюстрация: light-fizika.ru
Определение

Диффузия — взаимное проникновение частиц одного вещества в промежутки между частицами другого. Быстрее всего идёт в газах, медленнее в жидкостях, очень медленно в твёрдых телах. С ростом температуры ускоряется.

Запомни

Не путайте. Тепловое движение — движение самих молекул. Броуновское движение — движение видимой крупинки (пылинки, частички краски) под ударами молекул среды.

Крупная частица мечется под ударами мелких молекул
Крупная частица мечется под ударами мелких молекул Иллюстрация: light-fizika.ru

Атомы и молекулы

Определение

Атом — наименьшая частица химического элемента, сохраняющая его свойства. Молекула — наименьшая частица вещества, сохраняющая его химические свойства; состоит из одного или нескольких атомов.

  • Размер атома — около 10−1010^{-10} м (одна десятимиллиардная метра).
  • Масса атома водорода — около 1,7⋅10−271{,}7\cdot10^{-27} кг. Её в начале XX века оценил французский физик Жан Перрен.
  • В 1 см31\ \text{см}^3 воздуха около 2,7⋅10192{,}7\cdot10^{19} молекул.
Размер атома около 10^{-10} м, его ядра — около 10^{-15} м. Жан Перрен в лабораторииРазмер атома около 10^{-10} м, его ядра — около 10^{-15} м. Жан Перрен в лаборатории
Размер атома около 10−1010^{-10} м, его ядра — около 10−1510^{-15} м. Жан Перрен в лаборатории Иллюстрация: light-fizika.ru

Молекулы бывают очень большими — из тысяч и даже миллиардов атомов. Самую большую из известных, молекулу ДНК, можно разглядеть в электронный микроскоп.

Модель молекулы из нескольких десятков атомов и спираль молекулы ДНКМодель молекулы из нескольких десятков атомов и спираль молекулы ДНК
Модель молекулы из нескольких десятков атомов и спираль молекулы ДНК Иллюстрация: light-fizika.ru

⚗ Мини-опыт

Уберите перегородку и засеките, за сколько секунд газы перемешаются наполовину. Верните перегородку, поднимите температуру и повторите. Сравните время.

▶ Симуляция PhET

Выберите вещество, нагревайте и охлаждайте его. Следите, как меняются скорость частиц и расстояния между ними в твёрдом теле, жидкости и газе.

Агрегатное состояние вещества: основыОткрыть ↗

Симуляция: PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, лицензия CC BY-NC 4.0 (phet.colorado.edu); русский перевод интерфейса.

? Проверь себя

Ответь, не подглядывая в конспект: вспоминать — лучший способ запомнить.

1Что доказывает броуновское движение?
Видимую крупинку со всех сторон толкают невидимые молекулы — значит, они движутся.
2Где диффузия идёт быстрее всего?
В газе промежутки между частицами большие, а сами частицы движутся быстро.
3Почему растянутая резинка стремится вернуться обратно?
Это проявление третьего положения МКТ — взаимодействия частиц.

✎ Задачи

А Уровень А по образцу: одна формула, один шаг

  1. Какие два положения МКТ подтверждает явление диффузии?

    Ответ

    Частицы движутся (2) и между ними есть промежутки (1).

    Как получилось?

  2. Почему запах духов через некоторое время чувствуется во всей комнате?

    Ответ

    Из-за диффузии: молекулы духов движутся и проникают в промежутки между молекулами воздуха.

    Как получилось?

  3. В каком состоянии вещества диффузия идёт быстрее всего?

    Ответ

    В газообразном.

    Как получилось?

  4. Диаметр молекулы воды около 3⋅10−103\cdot10^{-10} м. Сколько молекул уложится вплотную в ряд длиной 1 мм?

    Ответ

    N=10−3 м3⋅10−10 м≈3,3⋅106N=\dfrac{10^{-3}\ \text{м}}{3\cdot10^{-10}\ \text{м}}\approx3{,}3\cdot10^{6} — около 3 миллионов.

    Как получилось?

  5. Масса одной молекулы воды 3⋅10−263\cdot10^{-26} кг. Сколько молекул в капле массой 0,03 г?

    Ответ

    0,03 г=3⋅10−50{,}03\ \text{г}=3\cdot10^{-5} кг; N=3⋅10−53⋅10−26=1021N=\dfrac{3\cdot10^{-5}}{3\cdot10^{-26}}=10^{21}.

    Как получилось?

Б Уровень Б сам: несколько шагов, перевод единиц

  1. Почему газ можно сжать во много раз, а жидкость почти не сжимается?

    Ответ

    В газе промежутки между молекулами намного больше самих молекул. В жидкости молекулы расположены почти вплотную, и при сближении сильно отталкиваются.

    Как получилось?

  2. Огурцы в горячем рассоле просаливаются быстрее, чем в холодном. Объясните.

    Ответ

    При более высокой температуре частицы движутся быстрее, поэтому диффузия соли в огурцы идёт быстрее.

    Как получилось?

  3. Масса атома водорода 1,7⋅10−271{,}7\cdot10^{-27} кг, а молекула кислорода в 32 раза тяжелее. Сколько молекул кислорода в 1 г кислорода?

    Ответ

    m0=32⋅1,7⋅10−27≈5,4⋅10−26m_0=32\cdot1{,}7\cdot10^{-27}\approx5{,}4\cdot10^{-26} кг; N=10−35,4⋅10−26≈1,8⋅1022N=\dfrac{10^{-3}}{5{,}4\cdot10^{-26}}\approx1{,}8\cdot10^{22}.

    Как получилось?

↻ Закрепи

Карточки терминов

Нажми на карточку — она перевернётся. «Знаю» — карточка вернётся на повторение позже (через сутки, неделю, месяц), «Повторить» — скоро снова.

Диффузия
Взаимное проникновение частиц одного вещества между частицами другого.
Атом
Наименьшая частица химического элемента, сохраняющая его свойства.
Молекула
Наименьшая частица вещества, сохраняющая его химические свойства.
Три положения МКТ
Состоят из частиц; частицы хаотически движутся; притягиваются и отталкиваются.
Броуновское движение
Беспорядочное движение видимых крупинок в жидкости или газе под ударами молекул.
Размер атома
Около 10−1010^{-10} м.

Экспресс-карта

Возьми лист и за 3 минуты нарисуй по памяти карту темы: в центре — тема, ветви — главные идеи, на ветвях — термины. Потом сравни.